JPS6350417A - レ−ザ熱処理方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、レーザ光を利用する熱処理装置に係り、特
に恒温冷却により熱処理するレーザ熱処理装置に関する
。

（従来の技術） 一般に、鋼材の熱処理には、焼なまし、焼ならし、焼入
れ、焼もどしなどがある。このうち、焼なまし、焼なら
しおよび焼入れは、鋼材をＡｒ１変態点以上の温度に加
熱したのち、適時冷却することによりおこなわれ、焼も
どしは、Ａｒｌ変態点より低い温度に加熱することによ
りおこなわれる。

上記加熱後の冷却には、つぎの三つの方法がある。すな
わち、第３図に曲線（１）で示すように高温加熱したの
ち、曲線（２）で示すように連続的に冷却（急冷、空冷
、徐冷）する方法、および折れ線（３ａ）　、　（３ｂ
）で示すように途中で冷却速度を変えて冷却する方法の
ほかに、折れ線（４）で示すように一定時間恒温保持し
たのち冷却する方法（恒温冷却）がある。

この恒温冷却により、任意熱浴を用いて各種熱処理をす
ることは既知である。すなわち、鋼材には、第４図に示
すように、時間と温度と変態との関係を示すＴ、Ｔ、Ｔ
、曲線（または８曲り（５ａ）、　（５ｂ）が存在する
。この図において、ａｉｂｌｃ、で示す曲線（５ａ）の
左側はオーステナイト（Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）状態であ
り、この曲線（５ａ）でＡｒｌ変態を開始し、ａ、ｂ、
ｃ。

で示す曲線（５ｂ）で変態を終了する。高温加熱された
オーステナイトを急冷して、　ａ１ｂ□の温度範囲で恒
温冷却するとパーライト（Ｐｅａｒｌｉｔｅ）に、さら
に詳しくは、冷却温度を低くするにしたがって、パーラ
イト、ソルバイト（Ｓｏｒｂｉｔｅ）、トルスタイト（
Ｔｒｏｏｓｔｉｔｅ）になる。また、ｂｌｃ、の温度範
囲では、ベイナイト（Ｂａｉｎｉｔｅ）になる。さらに
、　ｅｃ、以下の温度範囲では、マルテンサイト（Ｍａ
ｒｔｅｎｓｉｔｅ）に変化し、Ｖ％１以下では完全なマ
ルテンサイト組織になるが、ｅｃｌとｖｗとの間の温度
範囲では、オーステナイトとマルテンサイトが混在し、
ｈ点でそのオーステナイトが変態を開始し、長時間同温
度に保持すると、ベーナイトとマルテンサイトの混在す
る組織となる。

第５図は、上記Ｔ、Ｔ、Ｔ、曲線（５ａ）　、　（５ｂ
）の各温度範囲と、その温度範囲で恒温冷却によりおこ
なわれる熱処理との関係を示したものである。また。

第１表にその熱処理の結果を示す。

第１表 高温加熱されたオーステナイトを急冷して、Ａｒ１以上
の温度で恒温冷却すると、焼なましや粒状化をおこなう
ことができ、Ａｒ１とＡｒ、の範囲内では、オーステン
パ（ベーナイト焼入れ）、マルクエンチ、Ａｒ２以下の
温度では、マルテンパ＋　　Ｍｓクエンチなどの熱処理
をおこなうことができる。

しかし１通常、この恒温冷却による熱処理は、火炎、高
周波誘導加熱、電気炉などにより、鋼材をＡｒ工変態以
上の温度に加熱したのち、所要の冷却媒体を用いて冷却
するため、部分的な熱処理が困難であり、また、全体ま
たは所要部分を部分的に加熱したのちに冷却するので、
熱ひずみを生じやすく、特に、水、油などを用いて急冷
するときは、われを発生することがある。

一方、近年、レーザ光を利用した熱処理がおこなわれて
いる。この熱処理は、鋼材にレーザ光を照射して加熱し
、鋼材の熱容量を利用して自己冷却によりその照射部分
を急冷する焼入れであり、第４図に曲線（６）で示すよ
うに、レーザ光で照射された表面層がマルテンサイトに
なる。

この熱処理は、レーザ光照射でおこなうため、部分的な
熱処理が可能である。しかし、自己冷却を利用して熱処
理する方法であるため、マルテンサイト以外の組織にす
ることは困難である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように、従来の恒温冷却による熱処理は、被処理
物の全体または所要部分を加熱したのち、所要の冷却媒
体を用いて冷却するため１部分的な熱処理が困難であり
、しかも、熱ひずみを生じやすく、ときにわれを発生す
るという問題点がある。

これに対し、レーザ光による熱処理は、部分的な熱処理
は可能であるが、この熱処理のみでマルテンサイト以外
の組織にすることが困難であるという問題点がある。

この発明は、かかる従来の問題点を解決するためになさ
れたものであり、レーザ光を利用する熱処理において、
各種熱処理を容易に実施できるようにすることを目的と
する。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） レーザ光を照射して熱処理するレーザ熱処理装置におい
て、被処理物を加熱装置により所定温度に保持し、この
所定温度に保持された被処理物に。

レーザ照射装置からレーザ光を照射して熱処理するよう
にレーザ熱処理装置を構成した。

（作　用） 上記のようにレーザ熱処理装置を構成すると、レーザ光
照射により被処理物の全面は勿論、部分的な加熱も可能
であり、かつ、加熱装置により所定温度に保持すること
により、レーザ光照射で加熱された被処理物を所定温度
で恒温冷却することができ、レーザ光を利用して各種熱
処理をおこなうことができる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を実施例に基づいて説明
する。

第１図にこの発明の一実施例である熱浴を用いて熱処理
するレーザ熱処理装置を示す。このレーザ熱処理装置は
、熱浴槽（１０）と、この熱浴槽（１０）を搭載してＸ
Ｙ方向に任意に移動するＸＹテーブル（１１）と、上記
熱浴槽（１０）上に設置されたレーザ照射装置（１２）
とを有する。

上記熱浴槽（１０）は、槽内に充填された媒体（１４）
を加熱するヒーター（１５）および上記媒体（１４）の
温度を測定する温度センサー（１６）を備える。この温
度センサー（１６）として、図面には熱電対からなるも
のを示したが、この温度センサー（１６）は、赤外線放
射温度計など他の温度センサーでもよい、被処理物（Ｖ
）は、この熱浴槽（１０）内に熱処理面が上記ヒーター
（１５）により所定温度に加熱された媒体（１４）の液
面上に露出するように、支持体（１７）により支持され
る。

レーザ照射装置（１２）は、図示しないレーザ発振器か
ら放出されたレーザ光（Ｌ）を集光する集光レンズ（１
９）を有し、この集光レンズ（１９）で集光されたレー
ザ光をレンズホルダー（２０）の先端部に取付けられた
ノズル（２１）の開孔から上記被処理物（１，１）の熱
処理面に投射するようになっている。

しかして、上記熱浴槽（１０）の媒体（１４）の温度は
、ａＮＪｆセンサー（１６）の検出出力に基づいて温度
センサー制御部（２３）によりヒーター（１５）の加熱
を制御することにより調節される。そして、媒体（１４
）が所定温度になったとき、上記温度センサー（１６）
の検出出力は、インターフェース（２４）を介してテー
ブル制御部（２５）およびレーザ制御部（２６）に送出
され所定のプログラムによりテーブル（１１）を駆動す
るとともに、熱浴槽（１０）内に支持された被処理物（
Ｗ）にレーザ光を投射するようになっている。

−例として、５Ｋ−３（０，７８％炭素鋼）からなる彼
処、　理物の所要部分を所定の硬度と靭性をもつベーナ
イト組織にする場合について述べると、鉛を媒体として
これを４００℃に加熱し、この鉛浴中に熱処理部分が露
出するように浸漬する。被処理物を十分な時間浸漬して
熱平衡に達したのちに、テーブル（１１）を駆動すると
ともに、その所要部分にレーザ光を照射して加熱し、そ
の後、約１時間上記鉛浴中に保持する。（恒温冷却）そ
の後、上記鉛浴から取出して空冷する。

上記のように４００℃に保持されたＳＫ　−３鋼材の所
要部分にレーザ光を照射して加熱し、その後約１時間４
００℃に保持すると、レーザ照射部分は、第４図に示し
たＴ、Ｔ、Ｔ、曲線（５ａ）、　（５ｂ）のｂｌ”ＸＩ
　ｂ２ｃ。

部分を横切り、ベーナイト組織になる。

上記のように熱浴を用いて被処理物（す）を所定温度に
保持し、これにレーザ光を照射すると、被処理物（υ）
の全体または所要部分を熱処理できるばかりでなく、レ
ーザ光照射後、任意温度に任意時間保持することができ
るので、所要温度の恒温冷却により各種熱処理をおこな
うことができる。

すなわち、従来のレーザ熱処理は、自己冷却を利用した
熱処理であるため、マルテンサイト以外の組織にするこ
とができなかったが、熱浴を用いてレーザ光を照射する
と、適宜媒体を選択して所定温度に調節することにより
、第４図に示したＴ、Ｔ。

１２曲線に対して被処理物（Ｉｔ）を所要温度に保持し
て恒温冷却することができるため、第１表に示した各種
熱処理をおこなうことができる。

なお、上記実施例では、熱浴槽を用いて被処理物を加熱
し、所定温度に保持するようにしたが、この加熱装置と
しては、熱浴槽のほかに、高周波誘導加熱、火炎、電気
炉などにより加熱し、かつ一定温度に保持できるように
構成したものでもよい。

また、被処理物とレーザ光との相対的な移動は、ＸＹテ
ーブルに限らず、たとえば被処理物を静置してレーザ照
射装置を移動させるように構成してもよい、また、第２
図に示すように、円筒あるいは円柱状の被処理物（′Ｊ
）を回転可能なチャックからなる支持体（１７）に取付
けて、熱浴（１４）中にその−部が露出するように浸漬
し、チャックを回転するとともに、レーザ照射装置（１
２）を被処理物（Ｗ）の軸方向に移動させるかまたは熱
浴槽（１０）をＸＹテーブルに搭載して被処理物の軸方
向に移動させることによりスパイラル状の熱処理を施す
ことができる。

〔発明の効果〕

加熱装置により被処理物を所定温度に保持してレーザ光
を照射し、その後、この被処理物を所定温度で任意時間
恒温保持するように構成したので。

被処理物の全体または所定部分を部分的に熱処理できる
ばかりでなく、そのレーザ照射部分に所要の熱処理を施
すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である熱浴を用いて熱処理
するレーザ熱処理装置の構成を示す図、第２図は他の実
施例の要部構成を示す図、第３図は熱処理における冷却
方法説明図、第４図は鋼材の温度と時間と変態との関係
を示す図、第５図は恒温冷却による熱処理の説明図であ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定温度に加熱保持された被処理物に熱処理可能
   なレーザエネルギを照射後上記被処理物の熱処理部を上
   記所定温度に所定時間保持したのち冷却することを特徴
   とするレーザ熱処理方法。
2. （２）被処理物の熱処理部を所定温度に保持する加熱装
   置と、上記所定温度に保持された被処理物に熱処理可能
   なレーザエネルギを照射するレーザ照射装置とを具備す
   ることを特徴とするレーザ熱処理装置。
3. （３）加熱装置が熱浴槽であることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載のレーザ熱処理装置。